实验4－18用压力传感器和温度传感器VIP免费

第五章热学实验热学实验是大学物理实验中的重要内容。在理想热学实验中，应遵循两条基本原则：其一是保持系统为孤立系统；其二是测量一个系统的状态参量时，应保证系统处于平衡态。我们的实验内容设计了对空气的比热容比进行测定。§5.1空气比热容比的测定气体的定压比热容与定容比热容之比称为气体的绝热指数，它是一个重要的热力学常数，在热力学方程中经常用到，本实验用新型扩散硅压力传感器测空气的压强，用电流型集成温度传感器测空气的温度变化，从而得到空气的绝热指数；要求观察热力学现象，掌握测量空气绝热指数的一种方法，并了解压力传感器和电流型集成温度传感器的使用方法及特性。【预习重点】1．了解理想气体物态方程，知道理想气体的等温及绝热过程特征和过程方程。2．预习定压比热容与定容比热容的定义，进而明确二者之比即绝热指数的定义。3．认真预习实验原理及测量公式。【实验目的】1．用绝热膨胀法测定空气的比热容比。2．观测热力学过程中状态变化及基本物理规律。3．了解压力传感器和电流型集成温度传感器的使用方法及特性。【实验原理】理想气体的压强P、体积V和温度T在准静态绝热过程中，遵守绝热过程方程：等于恒量，其中γ是气体的定压比热容CP和定容比热容CV之比，通常称γ=CP/CV为该气体的比热容比（亦称绝热指数）。如图5.1.1所示，我们以贮气瓶内空气（近似为理想气体）作为研究的热学系统，试进行如下实验过程。（1）首先打开放气阀A，贮气瓶与大气相通，再关闭A，瓶内充满与周围空气同温（设为）同压（设为）的气体。（2）打开充气阀B，用充气球向瓶内打气，充入一定量的气体，然后关闭充气阀B。此时瓶内空气被压缩，压强增大，温度升高。等待内部气体温度稳定，即达到与周围温度平衡，此时的气体处于状态I（,,）。（3）迅速打开放气阀A，使瓶内气体与大气相通，当瓶内压强降至时，立刻关闭放气阀A，将有体积为ΔV的气体喷泻出贮气瓶。由于放气过程较快，瓶内保留的气体来不及与外界进行热交换，可以认为是一个绝热膨胀的过程。在此过程后瓶中的气体由状态I（,,）转变为状态II（,,）。为贮气瓶容积，为保留在瓶中这部分气体在状态I（,）时的体积。（4）由于瓶内气体温度低于室温，所以瓶内气体慢慢从外界吸热，直至达到室温为止，此时瓶内气体压强也随之增大为。则稳定后的气体状态为III（,,）。从状态II→状态III的过程可以看作是一个等容吸热的过程。由状态I→II→III的过程如图5.1.2所示。图5.1.1试验装置简图I→II是绝热过程，由绝热过程方程得（5.1.1）状态I和状态III的温度均为T0，由气体状态方程得（5.1.2）合并式（5.1.1）、式（5.1.2），消去V1、V2得（5.1.3）由式（5.1.3）可以看出，只要测得、、就可求得空气的绝热指数γ。【实验仪器】一、FD-NCD型空气比热容比测定仪本实验采用的FD-NCD型空气比热容比测定仪由扩散硅压力传感器、AD590集成温度传感器、电源、容积为1000ml左右玻璃瓶、打气球及导线等组成。如图5.1.3、图5.1.4所示。图5.1.2气体状态变化及P-V图1.充气阀B2.扩散硅压力传感器3.放气阀A4.瓶塞5.AD590集成温度传感器6.电源（详见图5.1.4）7.贮气玻璃瓶8.打气球图5.1.3FD-NCD空气比热容比测定仪图5.1.4测定仪电源面板示意图1.压力传感器接线端口2.调零电位器旋钮3.温度传感器接线插孔4.四位半数字电压表面板（对应温度）5.三位半数字电压表面板（对应压强）1．AD590集成温度传感器AD590是一种新型的半导体温度传感器，测温范围为-50˚C～150˚C。当施加＋4V～＋30V的激励电压时，这种传感器起恒流源的作用，其输出电流与传感器所处的温度成线性关系。如用摄氏度t表示温度,则输出电流为（5.1.4）К1μA/˚C对于，其值从273～278μA略有差异。本实验所用AD590也是如此。AD590输出的电流可以在远距离处通过一个适当阻值的电阻R，转化为电压U，由公式＝U/R算出输出的电流，从而算出温度值。如图5.1.5。若串接5KΩ电阻后，可产生5ｍＶ／˚C的信号电压，接0～2V量程四位半数字电压表,最小可检测到...